epoll_wait系统调用及示例

epoll_wait – 等待epoll事件

函数介绍

epoll_wait系统调用用于等待epoll实例中的文件描述符就绪事件。它是epoll机制的核心函数，用于高效地等待多个文件描述符的I/O事件。

函数原型

#include <sys/epoll.h>

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,
               int maxevents, int timeout);

功能

等待epoll实例中的事件就绪，返回就绪的事件数组。

参数

• int epfd: epoll实例的文件描述符
• struct epoll_event *events: 用于存储就绪事件的数组
• int maxevents: events数组的最大元素数（必须大于0）
• int timeout: 超时时间（毫秒）
  • -1: 永久等待
  • 0: 立即返回（轮询）
  • >0: 等待指定毫秒数

返回值

• 成功时返回就绪事件的数量（0表示超时）
• 失败时返回-1，并设置errno

特殊限制

• maxevents必须大于0
• 需要有效的epoll文件描述符
• 可能被信号中断

相似函数

• epoll_pwait(): 支持信号掩码的版本
• poll(): 传统轮询等待
• select(): 传统多路复用等待

示例代码

#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>

// 信号处理标志
volatile sig_atomic_t signal_received = 0;

void signal_handler(int sig) {
    signal_received = 1;
    printf("接收到信号 %d\n", sig);
}

int main() {
    int epfd, sockfd, nfds;
    struct epoll_event ev, events[10];
    
    printf("=== Epoll_wait 函数示例 ===\n");
    
    // 设置信号处理
    signal(SIGINT, signal_handler);
    signal(SIGTERM, signal_handler);
    
    // 创建epoll实例
    epfd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
    if (epfd == -1) {
        perror("epoll_create1 失败");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("创建epoll实例: %d\n", epfd);
    
    // 创建测试用的socket
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd == -1) {
        perror("创建socket失败");
        close(epfd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("创建测试socket: %d\n", sockfd);
    
    // 设置socket为非阻塞模式
    int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
    fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
    
    // 添加socket到epoll监视集合
    ev.events = EPOLLIN | EPOLLOUT;
    ev.data.fd = sockfd;
    
    if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev) == -1) {
        perror("epoll_ctl 添加失败");
        close(sockfd);
        close(epfd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("添加socket到epoll监视集合\n");
    
    // 示例1: 带超时的等待
    printf("\n示例1: 带超时的等待\n");
    
    printf("等待1秒...\n");
    nfds = epoll_wait(epfd, events, 10, 1000); // 1秒超时
    
    if (nfds == -1) {
        if (errno == EINTR) {
            printf("等待被信号中断\n");
        } else {
            perror("epoll_wait 失败");
        }
    } else if (nfds == 0) {
        printf("等待超时（1秒内无事件）\n");
    } else {
        printf("就绪事件数量: %d\n", nfds);
        for (int i = 0; i < nfds; i++) {
            printf("  事件 %d: fd=%d, events=0x%x\n", 
                   i, events[i].data.fd, events[i].events);
        }
    }
    
    // 示例2: 立即返回的轮询
    printf("\n示例2: 立即返回的轮询\n");
    
    nfds = epoll_wait(epfd, events, 10, 0); // 立即返回
    
    if (nfds == -1) {
        perror("epoll_wait 轮询失败");
    } else {
        printf("轮询结果: %d 个事件就绪\n", nfds);
    }
    
    // 示例3: 永久等待（演示信号中断）
    printf("\n示例3: 永久等待（演示信号中断）\n");
    printf("请在5秒内按Ctrl+C发送SIGINT信号\n");
    
    alarm(5); // 5秒后发送SIGALRM
    nfds = epoll_wait(epfd, events, 10, -1); // 永久等待
    
    if (nfds == -1) {
        if (errno == EINTR) {
            printf("永久等待被信号中断\n");
        } else {
            perror("epoll_wait 失败");
        }
    } else {
        printf("永久等待返回: %d 个事件\n", nfds);
    }
    alarm(0); // 取消alarm
    
    // 示例4: 错误处理演示
    printf("\n示例4: 错误处理演示\n");
    
    // 使用无效的epoll文件描述符
    nfds = epoll_wait(-1, events, 10, 1000);
    if (nfds == -1) {
        if (errno == EBADF) {
            printf("无效epoll文件描述符错误处理正确: %s\n", strerror(errno));
        }
    }
    
    // 使用无效的maxevents
    nfds = epoll_wait(epfd, events, 0, 1000);
    if (nfds == -1) {
        if (errno == EINVAL) {
            printf("无效maxevents错误处理正确: %s\n", strerror(errno));
        }
    }
    
    // 使用NULL事件数组
    nfds = epoll_wait(epfd, NULL, 10, 1000);
    if (nfds == -1) {
        if (errno == EFAULT) {
            printf("NULL事件数组错误处理正确: %s\n", strerror(errno));
        }
    }
    
    // 示例5: 事件处理演示
    printf("\n示例5: 事件处理演示\n");
    
    // 模拟不同类型的事件
    printf("常见事件类型处理:\n");
    
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        events[i].events = 0;
        events[i].data.fd = i;
    }
    
    // 设置一些模拟事件
    events[0].events = EPOLLIN;
    events[1].events = EPOLLOUT;
    events[2].events = EPOLLIN | EPOLLOUT;
    events[3].events = EPOLLERR;
    events[4].events = EPOLLHUP;
    
    printf("模拟事件处理:\n");
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("  fd %d: ", events[i].data.fd);
        if (events[i].events & EPOLLIN) printf("可读 ");
        if (events[i].events & EPOLLOUT) printf("可写 ");
        if (events[i].events & EPOLLERR) printf("错误 ");
        if (events[i].events & EPOLLHUP) printf("挂起 ");
        printf("\n");
    }
    
    // 示例6: 性能考虑
    printf("\n示例6: 性能考虑\n");
    
    printf("epoll_wait性能优化建议:\n");
    printf("1. 合理设置maxevents参数\n");
    printf("   - 不要过大浪费内存\n");
    printf("   - 不要过小频繁调用\n");
    printf("2. 使用适当的超时时间\n");
    printf("   - 根据应用需求选择\n");
    printf("3. 批量处理就绪事件\n");
    printf("   - 减少系统调用次数\n");
    printf("4. 避免在事件处理中阻塞\n");
    printf("   - 保持事件循环响应性\n\n");
    
    // 示例7: 实际服务器循环演示
    printf("示例7: 实际服务器循环演示\n");
    
    printf("典型的服务器事件循环:\n");
    printf("while (running) {\n");
    printf("    int nfds = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, -1);\n");
    printf("    if (nfds == -1) {\n");
    printf("        if (errno == EINTR) continue;  // 被信号中断\n");
    printf("        else break;  // 真正的错误\n");
    printf("    }\n");
    printf("    \n");
    printf("    for (int i = 0; i < nfds; i++) {\n");
    printf("        if (events[i].data.fd == listen_sock) {\n");
    printf("            // 处理新连接\n");
    printf("        } else {\n");
    printf("            // 处理已连接socket的数据\n");
    printf("        }\n");
    printf("    }\n");
    printf("}\n\n");
    
    // 示例8: 超时时间说明
    printf("示例8: 超时时间说明\n");
    printf("timeout参数说明:\n");
    printf("  -1: 永久等待，直到有事件或被信号中断\n");
    printf("   0: 立即返回，不阻塞（轮询模式）\n");
    printf("  >0: 等待指定毫秒数\n\n");
    
    printf("超时时间选择建议:\n");
    printf("实时应用: 较小的超时值（1-100ms）\n");
    printf("批处理应用: 较大的超时值（1000ms以上）\n");
    printf("交互应用: 中等超时值（100-500ms）\n\n");
    
    // 清理资源
    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, sockfd, NULL);
    close(sockfd);
    close(epfd);
    
    printf("总结:\n");
    printf("epoll_wait是epoll机制的核心等待函数\n");
    printf("支持灵活的超时控制\n");
    printf("正确处理信号中断很重要\n");
    printf("合理的maxevents和timeout设置影响性能\n");
    printf("是构建高性能网络服务器的基础\n");
    
    return 0;
}